抽油機井電動機功率匹配方法探討

梁乃成（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

抽油機井電動機功率匹配方法探討

梁乃成（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

常規游梁式抽油機屬于帶負荷啟動設備，在啟動時所需的轉矩大，運轉過程中所需的轉矩小，考慮到抽油機的啟動轉矩及峰值電流等問題，必須設計大一級的電動機，造成了游梁式抽油機的“大馬拉小車”問題，導致電動機的功率利用率低。針對這一問題，開展了抽油機井電動機功率匹配技術研究，摸索出電動機運行規律，確定了電動機功率計算模型。通過現場調整，有效降低了電動機裝機功率，提高了電動機功率利用率和運行效率，最終達到了節能降耗的目的。

抽油機井 電動機 特性 功率利用率

目前，油田上使用的抽油機拖動裝置主要以Y系列三相異步電動機為主，由于常規游梁式抽油機屬于帶負荷啟動設備，在啟動時所需的轉矩大，運轉過程中所需的轉矩小，因此在實際投產時，考慮到抽油機的啟動轉矩及峰值電流等問題，必須設計大一級的電動機，這樣雖然解決了抽油機的啟動問題，但電動機正常是在輕載狀態下運行，從而降低了電動機的運行效率，增加了功率損耗，造成了抽油機的“大馬拉小車”問題。電動機功率利用率是指電動機輸出功率與電動機額定功率之比，是反映電動機運行效率的重要指標。根據統計，截至2010年底，葡萄花油田共有803口抽油機井電動機功率利用率低于20%。

1 電動機功率計算方法的確定

對于抽油機井電動機的合理匹配，應在考慮啟動及過載能力的前提下，根據產液及載荷的變化，對電動機進行優化調整，提高運行效率，達到節能的目的。

在匹配電動機時必須滿足以下兩個條件[1]：

式中：

Pd——電動機實際功率需求，kW；

PN——選配電動機的額定功率，kW；

Tmax——電動機的實際輸出扭矩，kN·m；

Tdmax——選配電動機的輸出扭矩，kN·m。

條件（1）：

對于恒定負載的電動機，裝置的輸出功率與傳動效率之比就是所需電動機的額定功率。而對于抽油機井，其輸出功率（或扭矩）是周期變化的，因而驅動抽油機的電動機的電流也是周期變化的。由于電動機內的熱損失與電流的平方成正比，在選擇電動機時，為了保證不超過允許的溫度，必須使均方根電流小于額定電流。輸出功率或扭矩的波動越大，電流的均方根值也就越大，對電動機額定功率的需求也就越高，所以，周期載荷系數CLF是考慮因抽油機運動特性引起的軸扭矩波動及電動機電流波動的影響系數，而抽油機啟動時，電流的變化最大，因此通過啟動電流可計算出周期載荷變化系數。

在設計規定的工況下，常規游梁抽油機的周期載荷系數值為1.8～2.2，異相型、下偏杠鈴型和調徑變距型等節能抽油機的周期載荷系數值為1.15～1.25，摩擦換向和雙驢頭等高效節能抽油機的周期載荷系數值為1.095～1.105[1]。

條件（2）：

為了保證電動機匹配裝機功率后抽油機能夠正常啟動，同時要滿足電動機的實際輸出扭矩小于選配電動機的輸出扭矩。

2 電動機運行特性

對于電動機功率利用率的合理上限，首先應考慮電動機的效率水平，其次是當電動機負載過大時，電動機內部損耗增加，電動機無法滿足啟動需求。常規Y系列三相異步電動機不過載時理論最大合理功率利用率為50%左右。當電動機裝機功率偏大時，電動機熱損失和機械損失大，無效功率損失大，單耗高。從電動機效率與功率利用率變化曲線圖1中可知，對于常規Y系列三相異步電動機，只有當電動機功率利用率β＜20%時，效率才明顯下降，當β＞20%時，電動機效率不隨β增加而明顯增加，因此說明抽油機井負載過輕或配備電動機功率過大的負載率界限為20%。此時，抽油機負載過輕或配置的電動機功率過大，應降低電動機的裝機功率。

3 現場應用效果

以1#井為例：利用DZC-1型抽油機電動機多參數測試儀對電動機功率調整前后的運行特性進行測試，電動機裝機功率下降18.9%，平均電流下降13.9%，有功節電率10.2%，電動機功率利用率提高3.8個百分點，電動機綜合效率提高3.96個百分點。從測試結果看，電動機運行效率有所提高，電動機耗電量下降明顯。1#井調整前后有功功率變化情況見圖1、圖2。

表1 試驗效果對比

共現場試驗50口井，調整后平均單井裝機功率下降10.1 kW，平均單井電動機功率利用率調高4個百分點，平均單井日節電24 kWh。

4 結論

1）在抽油機井節能工作中，地面系統的優化應該以電動機合理匹配為主，這里投入費用不是很大，但是節能效果和經濟效益很顯著。

2）電動機的合理匹配是動態的匹配，產液的調整、隨著抽汲參數的變化而選擇合理裝機功率。對于電動機利用率小于20%的井，建議用普通電動機進行匹配；對于電動機利用率大于20%的井建議用節能電動機進行匹配。

3）目前建立的抽油機井合理裝機功率計算模型，是以普通電動機為對象進行計算的，節能電動機可以按相當功率的普通電動機計算，同時考慮一定的裕量，今后還可在推廣應用中進一步完善。

[1]高艷秋,于永波,高桂紅.抽油機井用電動機選配方法[J].油氣田地面工程,2006,25(11).

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.009

梁乃成，1991年畢業于大慶石油學院，碩士研究生，高級工程師，研究方向：采油工程，E-mail：liangnc@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大同區第七采油廠技術發展部，163517。

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